Строение газообразных, жидких и твердых тел



Молекулярно-кинетическая теория дает возможность понять, почему вещество может находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях.

Газ. В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул (рис. 10).

Например, при атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз превышает объем находящихся в сосуде молекул газа. молекулы газа

Газы легко сжимаются, так как при сжатии газа уменьшается лишь среднее расстояние между молекулами, но молекулы



не “сдавливают” друг друга (рис. 11). изменение объемов газа и жидкости Молекулы с огромными скоростями – сотни метров в секунду – движутся в пространстве. Сталкиваясь, они отскакивают друг от друга в разные стороны подобно бильярдным шарам.

Слабые силы притяжения молекул газа не способны удержать их друг возле друга. Поэтому газы могут неограниченно расширяться. Они не сохраняют ни формы, ни объема.

Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.

Жидкости. В жидкостям молекулы расположены почти вплотную друг к другу (рис.

12).

Поэтому молекула в жидкости ведет себя иначе, чем в газе. Зажатая, как в клетке, другими молекулами, она совершает “бег на месте” (колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами). Лишь время от времени она совершает “прыжок”, прорываясь сквозь “прутья клетки”, но тут же попадает в новую “клетку”, образованную новыми соседями. Время “оседлой жизни” молекулы воды, т. е. время колебаний около одного определенного положения равновесия, при комнатной температуре равно в среднем 10-11 с. Время же одного колебания значительно меньше (10-12 – 10-13 с). С повышением температуры время “оседлой жизни” молекул уменьшается.

Характер молекулярного движения а жидкостях, впервые установленный советским физиком Я. И. Френкелем, позволяет понять основные свойства жидкостей.

френкель яков ильич

Френкель Яков Ильич (1894 – 1952) – выдающийся советский физик-теоретик, внесший значительный вклад в самые различные области физики. Я. И. Френкель – автор современной теории жидкого состояния вещества. Им заложены основы теории ферромагнетизма. Широко известны работы Я. И. Френкеля по атмосферному электричеству и происхождению магнитного поля Земли.

Первая количественная теория деления ядер урана создана Я. И. Френкелем.

Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга. Поэтому при попытке изменить объем жидкости даже на малую величину начинается деформация самих молекул (рис. 13).

А для этого нужны очень большие силы. Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей.

Жидкости, как известно, текучи, т. е. не сохраняют своей формы. Объясняется это следующим. Если жидкость не течет, то перескоки молекул из одного “оседлого” положения в другое происходят с одинаковой частотой но всем направлениям (рис. 12). Внешняя сила заметно не изменяет числа перескоков молекул в секунду, но перескоки молекул из одного “оседлого” положения в другое при этом происходят преимущественно в направлении действия внешней силы (рис.

14). Вот почему жидкость течет и принимает форму сосуда. текучесть жидкостиТвердые тела. Атомы или молекулы твердых тел в отличие от жидкостей колеблются около определенных положений равновесия. Правда, иногда молекулы изменяют положение равновесия, но происходит это крайне редко.

Вот почему твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. кристаллические решетки Есть еще одно важное различие между жидкостями и твердыми телами. Жидкость можно сравнить с толпой, отдельные члены которой беспокойно толкутся на месте, а твердое тело подобно стройной когорте, члены которой хотя и не стоят по стойке “смирно” (вследствие теплового движения), но выдерживают между собой в среднем определенные интервалы. Если соединить центры положений равновесия атомов или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая Кристаллической.

На рисунках 15 и 16 изображены кристаллические решетки поваренной соли и алмаза. Внутренний порядок в расположении атомов кристаллов приводит к геометрически правильным внешним формам. На рисунке 17 показаны якутские алмазы.

алмазы

***

Качественное объяснение основных свойств вещества на основе молекулярно-кинетической теории, как вы видели, не является особенно сложным. Однако теория, устанавливающая количественные соотношения между измеряемыми на опыте величинами (давлением, температурой и др.) и свойствами самих молекул, их числом и скоростью движения, весьма сложна. Мы ограничимся рассмотрением теории газов.

1. Приведите доказательства существования теплового движения молекул. 2. Почему броуновское движение заметно лишь у частиц малой массы? 3. Какова природа молекулярных сил?

4. Как силы взаимодействия между молекулами зависят от расстояния между ними? 5. Почему два свинцовых бруска с гладкими чистыми срезами слипаются, если их прижать друг к другу? 6. В чем состоит различие теплового движения молекул газов, жидкостей и твердых тел?



Строение газообразных, жидких и твердых тел